基本介紹
- 中文名：螺旋槳激振力
- 外文名：propeller exciting forces
- 實質：螺旋槳傳遞給船體的周期性力
- 分類：軸承力和表面力
- 確定方法：模型試驗、經驗公式、理論計算
- 減小措施：改變船型、增加螺旋葉數
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簡介
螺旋槳的激振力分為軸承力和表面力。軸承力是由於螺旋槳葉片在不均勻流暢中產生的變化的升力所致，主要是通過螺旋槳軸傳遞到船體結構上。軸承力由6個分量組成(推力、橫向水平力、垂向力、 橫向水扭矩、水平力矩和橫向力矩)。表面力是由於螺旋槳葉片在流場中旋轉時，葉片相對 橫向船體的位置變化而引起附近流場壓力變化，傳遞並作用在船尾外板上的脈動水壓力。
圖1 螺旋槳激振力示意圖
螺旋槳激振力組成
螺旋槳激振力包含以下兩部分：
軸頻激振力
軸頻激振力是由螺旋槳製造或安裝誤差導致機械不平衡或水動力不均勻引起的，其變化頻率等於軸的旋轉頻率。
葉頻激振力
葉頻激振力是螺旋槳在不均勻伴流場中運轉時，由作用在槳葉上的流引起的。其變化頻率為葉頻(槳葉數乘以軸的旋轉頻率)或倍葉頻(葉頻的整數倍)。
確定螺旋槳激振力和激振力矩有3種途徑：模型試驗、經驗公式、理論計算方法。理論計算方法又分為準定常理論計算方法及修正的準定常理論計算法。
螺旋槳激振力及空泡
對海洋運輸船而言，螺旋槳的空泡現象對軸承力並無影響，僅對表面力影響較大。高橋、休茲等人對此作了研究，並得出如下結論：
(1)在定常的空泡中，脈動水壓力變化不大。
(2)在不均勻流場中，由於非定常空泡的作用，而使脈動水壓力顯著增加。
(3)有空泡時，在船體表面上各點水壓力幾乎沒有相位差，而且變化規律相同。
(4)由空泡引起的脈動水壓力的增加率，對葉片數越多的螺旋槳就越明顯。因此，在有空泡時用增加螺旋槳葉片數來減小脈動水壓力的辦法不能取得效果。
(5)螺旋槳有空泡現象所產生的表面力，與不發生空泡場合相比，有明顯的增大。
減少螺旋槳激振力的措施
減少螺旋槳的激振力的措施主要有：
①改進船舶尾部形態，使流人螺旋槳的速度(伴流分布)均勻。瑞典海運研究中心對油船和貨櫃船的水池模型試驗結果表明：採用球艉及開式艉可使伴流分布均勻，螺旋槳脈動壓力大幅下降。但是，也有因為與原船形的船尾流場不匹配，產生相反效果的情況。
②採用大側斜螺旋槳
採用大側斜螺旋槳也是減少螺旋槳激振力的一個重要措施。這種螺旋槳可比普通螺旋槳的激振降低50%～75%，作用在螺旋槳上方的，船體表面脈動壓力降低30%，當螺旋槳側斜角增大時，作用更為顯著。
③增加螺旋槳葉數
研究發現：螺旋槳本身的各個特徵參數中影響激振力最大的是葉數。荷蘭船模試驗池的系列模型試驗結果表明，隨槳葉數的增加，螺旋槳脈動壓力顯著減少。而對高速客船增加螺旋槳葉數還是降低噪音的一種有效辦法。
除了上述的幾種措施外，瑞典還開發出一種用複合材料製造的柔性變螺距螺旋槳，日本川崎重工業公司研製了一種艉部防震裝置—阻尼水箱及裝設特殊的設備(如格里姆葉輪)都是降低螺旋槳脈動力的措施。
